Часть 3 (1129751), страница 48
Текст из файла (страница 48)
Соответственно, количество и типыбелков в мембранах значительно меняются. В миелиновой мембране, котораяв основном служит для электрической изоляции аксонов нервных клеток, белкисоставляют менее 25 % массы. Наоборот, в мембранах, участвующих в синтезе ATPГлава 10. Структура мембраны 1089(внутренних мембранах митохондрий и хлоропластов), около 75 % массы — этобелки. Типичная плазматическая мембрана расположена где-то посередине, белкив ней составляют около половины массы. Поскольку молекулы липидов малыпо сравнению с молекулами белков, в клеточных мембранах молекул липидов всегдазначительно больше, чем белков — около 50 липидов на один белок в клеточныхмембранах, по массе на 50 % состоящих из белков.
Мембранные белки значительноразличаются по структуре и тому, как они взаимодействуют с липидным бислоем,что отражает их разнообразные функции.10.2.1. Мембранные белки могут связываться с липидным бислоемразличными способамиНа рис. 10.19 показаны различные способы связывания мембранных белковс мембраной. Многие белки простираются через бислой, часть их массы расположена с обеих сторон мембраны (рис. 10.19, примеры 1, 2 и 3).
Как и их липидныесоседи, трансмембранные белки амфифильны и обладают гидрофильными и гидрофобными участками. Их гидрофобные области находятся в мембране и взаимодействуют с гидрофобными «хвостами» липидных молекул внутри бислоя, гдеони изолированы от воды. Их гидрофильные участки взаимодействуют с водойпо обеим сторонам мембраны. Ковалентная связь посредством жирнокислотнойцепи, входящей в цитоплазматический монослой липидного бислоя, увеличиваетгидрофобность некоторых трансмембранных белков (см. рис. 10.19, пример 1).Другие мембранные белки располагаются исключительно в цитозоле илисвязаны с цитоплазматическим монослоем липидного бислоя либо посредствомРис. 10.19. Различные способы прикрепления мембранных белков к липидному бислою. Считают,что большинство трансмембранных белков простирается через мембрану в виде (1) единственнойα-спирали, (2) нескольких α-спиралей или (3) свернутых β-структур (β-бочонка). Некоторые из этих «однопроходных» и «многопроходных» белков несут ковалентно связанную жирнокислотную цепь, входящуюв цитоплазматический липидный монослой (1).
Другие мембранные белки полностью располагаютсятолько с одной стороны мембраны. (4) Некоторые из них заякорены на цитоплазматической поверхностиамфифильной α-спиралью, которая проникает в цитоплазматический монослой своей гидрофобнойстороной. (5) Другие белки взаимодействуют с бислоем только через ковалентно связанную липидную цепь – либо жирнокислотную, либо пренильную группу (см. рис. 10.20) — в цитоплазматическоммонослое или (6) через олигосахаридный линкер (GPI-якорь), связанный с фосфатидилинозитоломв нецитоплазматическом монослое. (7, 8) Наконец, многие белки связаны с мембраной исключительноза счет нековалентных взаимодействий с другими мембранными белками.
Синтез структуры на (5) проиллюстрирован на рис. 10.20, а формирование GPI-якоря, показанного на (6), — на рис. 12.56. Подробнопроцесс связывания белков с липидным бислоем обсуждается в главе 12.1090Часть IV. Внутренняя организация клеткиамфифильной α-спирали на поверхности белка (см. рис. 10.19, пример 4), либопри помощи одной или нескольких ковалентно связанных липидных цепей (см.рис. 10.19, пример 5).
Прочие белки полностью располагаются на внешней поверхности клетки, соединяясь с липидным бислоем только ковалентными связями (черезспецифические олигосахариды) с фосфатидилинозитолом во внешнем липидноммонослое плазматической мембраны (рис. 10.19, пример 6).Связанные с липидами белки в примере 5 на рис. 10.19 синтезируются в цитозоле как растворимые белки и затем заякориваются в мембране ковалентной связьюс липидной группой. Однако белки в примере 6 синтезируются как трансмембранные однопроходные белки в эндоплазматическом ретикулуме (ЭР). Пока они всееще находятся в ЭР, трансмембранный сегмент белка отрезается и добавляетсягликозилфосфатидилинозитольный (glycosylphosphatidylinositol, GPI) якорь.В результате белок оказывается связанным с нецитоплазматической поверхностьюмембраны исключительно через якорь (см.
обсуждение в главе 12). Транспортные везикулы в конце концов доставляют белок в плазматическую мембрану (см.главу 13). Белки, связанные с плазматической мембраной через GPI-якорь, легкоидентифицируют при помощи фермента, носящего название фосфатидилинозитолспецифическая фосфолипаза C. Этот фермент расщепляет связь белка с якореми таким образом отделяет его от мембраны.Некоторые мембранные белки совсем не проникают в гидрофобную частьлипидного бислоя; они связываются с поверхностью мембраны посредством нековалентных взаимодействий с другими мембранными белками (рис. 10.19, примеры 7и 8). Многие белки такого типа могут быть отделены от мембраны относительномягкими методами выделения, например, обработкой растворами с очень высокойили низкой ионной силой или высоким pH, которые влияют на белок-белковыевзаимодействия, но не нарушают бислой; такие белки называют периферическимимембранными белками.
Трансмембранные белки и многие белки, соединенныес бислоем липидными группами или гидрофобными полипептидными участками,проникающими в гидрофобное ядро липидного бислоя, нельзя отделить такимиметодами. Эти белки называются интегральными мембранными белками.10.2.2. Липидные якоря контролируют локализацию некоторыхсигнальных белков в мембранеСпособ прикрепления белка к липидному бислою отражает его функцию.Только трансмембранные белки способны функционировать по обеим сторонаммембраны и транспортировать молекулы через нее.
Рецепторы на поверхностиклетки, например, представляют собой трансмембранные белки, которые связывают сигнальные молекулы во внеклеточном пространстве и генерируют другиевнутриклеточные сигналы на противоположной стороне плазматической мембраны. Для переноса маленьких гидрофильных молекул через мембрану мембранныйтранспортный белок должен предоставить молекулам путь, по которому они смогутпреодолеть гидрофобный непроницаемый барьер липидного бислоя.
Молекулярнаяархитектура многопроходных мембранных белков идеально для этого подходит,что мы обсудим в главе 11.Белки, которые функционируют только на одной стороне липидного бислоя,с другой стороны часто связаны только с одним липидным монослоем или белковым доменом на соответствующей стороне. Например, некоторые внутриклеточныеГлава 10. Структура мембраны 1091сигнальные белки, принимающие участие в переводе внеклеточного сигнала во внутриклеточный, прикрепляются к цитоплазматической половине плазматической мембраны через одну или несколько ковалентно связанных липидных групп, которыемогут представлять собой либо жирнокислотные цепи, либо пренильные группы(рис. 10.20).
В некоторых случаях в процессе синтеза на рибосоме к N-концевойаминогруппе белка присоединяется миристиновая (тетрадекановая) кислота, насыщенная жирная кислота, состоящая из 14 атомов углерода. Все члены Src-семействацитоплазматических белков тирозинкиназ (см. главу 15) несут миристиновуюцепь. Однако связь с мембраной посредством единственного липидного якоря неявляется крепкой, и часто для более сильного заякоривания белков в мембранедобавляется вторая липидная группа. Для большинства Src-киназ второй липидноймодификацией служит присоединение к боковой цепи цистеинового остатка белкапальмитиновой кислоты, насыщенной жирной кислоты, содержащей 16 углеродныхатомов.
Эта модификация происходит в ответ на внеклеточный сигнал и позволяетрекрутировать киназы к плазматической мембране. Когда сигнальный путь выключается, пальмитиновая кислота отщепляется, и киназы возвращаются в цитозоль.Другие внутриклеточные сигнальные белки, такие как Ras-семейство GTPаз (см.главу 15), используют комбинацию пренильной группы и пальмитиновой кислотыдля присоединения белков к плазматической мембране.Рис. 10.20. Присоединение мембранных белков через жирнокислотную цепь или пренильную группу. Ковалентная связь посредством одного из этих двух типов липидов позволяет присоединить водорастворимые белки к мембране после их синтеза в цитозоле.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
